DE2336632A1

DE2336632A1 - Waermeaustauschvorrichtung

Info

Publication number: DE2336632A1
Application number: DE19732336632
Authority: DE
Inventors: Albert Hartmann; Bernhard Romeiser; Herbert Schilken
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1973-07-18
Filing date: 1973-07-18
Publication date: 1975-02-06
Also published as: NL173208C; FR2238134A1; SE7409304L; US3968835A; JPS5043049A; IT1022061B; SE415209B; FR2238134B1; NL7409044A; NL173208B; DE2336632B2; DE2336632C3; GB1467818A; BE817805A

Description

METALLGESELLSCHAFT Frankfurt (Main), 13.7.1973

Aktiengesellschaft Wgn/GKp

6 Frankfurt (Main)
Reuterweg 14

Prov. Nr. 7242 LT

Wärmeaustauschvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Wärmeaustauschvorrichtung mit aneinander angrenzenden, mindestens eine gemeinsame Trennwand aufweisenden Kammern für Flüssigkeiten verschiedener Temperatur, vorzugsweise für Desodorierapparaturen und dgl.

Bei der Herstellung von Speiseölen und Speisefetten wird nach der Raffination das neutralisierte und gebleichte Öl einer Desodorierstufe zugeführt, in der die unerwünschten Geschmacks- und Geruchsstoffe entfernt werden. Es handelt sich dabei vorwiegend um Alkohole, Ketone, Aldehyde und niedermolekulare Fettsäuren und neuerdings auch Spuren von chlorhaltigen Pestiziden.

Diese Stoffe werden im Prinzip durch eine Trägerdampfdestillation mit Wasserdampf bei höheren Temperaturen und vermindertem Druck in einem geschlossenen Apparat behandelt. Über die dabei ablaufenden Vorgänge gibt die "Chemikerzeitung» 88, Seite 412 ff. (1964) Auskunft. -

Das Verfahren kann diskontinuierlich, halbkontinuierlich und kontinuierlich durchgeführt werden (Fette, Seifen, Anstrichmittel 72, Seite 166 ff., 1970).

Man hat versucht, den Prozeß des halbkontinuierlichen Verfahrens zu verbessern, indem man das Produkt in der ersten Stufe der Anlage kontinuierlich zulaufen und aus

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der letzten Stufe das Produkt kontinuierlich ablaufen läßt und die dazwischenliegenden Stufen diskontinuierlich wechselt. Dadurch wird ein direkter Wärmeaustausch zwischen ablaufendem heißen Produkt und zulaufendem kalten Produkt in einem separaten Wärmeaustauscher möglich (DT-OS 2 051 999)· Diese Arbeitsweise hat den Nachteil, daß bei einem stetigen Zulaufen und Ablaufen die Behandlungszeit des Öles in der ersten und der letzten Stufe nicht einheitlich ist. Auch hier werden Teile des Öles langer und weniger lang behandelt. Eine Einschränkung bedeutet auch das Erfordernis, daß über längere Zeiträume ein und dasselbe Produkt verarbeitet wird, also kein häufiger Produktwechsel stattfindet. Es ist auch bekannt, die erste Stufe als Wärmeaustauscher auszubilden und sie über einen geschlossenen Wärmeträgerkreislauf aufzuheizen. Dabei wird der sich abkühlende Wärmeträger in einer der nachfolgenden Stufen durch das erwärmte Produkt wieder aufgeheizt (DT-OS 2 039 531).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher mit hohem Wärmeübergang zu schaffen, der mit Desodorierapparaturen zusammenwirken kann, doch nicht nur für diese allein geeignet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Kammern mit einer ,entlang der Trennwand wirkenden Umwälzainrichtung für die heiße bzw. kältere Flüssigkeit ausgestattet sind. Bei einem solchen Wärmeaustauscher ist es vorteilhaft, daß im Abstand von der Trennwand mindestens eine Leitvorrichtung für die umgewälzte Flüssigkeit angeordnet ist. Dies verbessert die Umwälzung und damit den Wärmeübergang.

Eine zweckmäßige Weiterbildung besteht darin, daß der mittlere Abstand zwischen Trennwand und Leitblech einstell-

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bar ist, um z.B. abhängig von Druck und Art des Umwälzmediums optimale Verhältnisse einzustellen. Als Umwälzmedium kann Wasserdampf verwendet werden; es ist aber auch ein gasförmiges Umwälzmedium denkbar, das z.B. ein Inertgas sein kann.

Die Effektivität des Wärmeaustauschers kann durch eine geeignete Form und Aufeinanderfolge der Kammern für heiße bzw. kältere Flüssigkeit verbessert werden. Die Kammern können z.B. in einem kreisförmigen Querschnitt des Wärmeaustauschers Sektoren- oder ringförmig angeordnet sein. Für einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt des Wärmeaustauschers bieten sich schachbrettmusterförmig aneinandergereihte Kammern an.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher eignet sich besonders als Stufe I einer Desodorierapparatur, die nachfolgend erläutert wird. Hierbei wird als Umwälzmedium Treibdampf verwendet, was den Vorteil hat, daß während des Wärmeaustausches in einem Vorvakuum neben einer Entgasung und Trocknung der Flüssigkeit gleichzeitig eine Vordesodorierung für das zugelaufene Produkt und eine weitere Desodorierung für das abgepumpte Produkt erreicht wird. Mit dem Wärmeaustauscher wird ein einfacher und schneller Wärmeübergang zwischen heißem und kaltem Medium bei definierter Verweilzeit erreicht, wobei gerade die Verweilzeit einen großen Einfluß auf die" Qualität und Stabilität der behandelten Produkte hat, wobei es sich meist um öle oder Fette handelt.

Anhand der Figuren wird die Wärmeaustauschvorrichtung als Teil einer Desodorierapparatur näher und beispielsweise beschrieben.

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Es zeigen:

Fig. 1 ein Fließschema einer Desodorierungsanlage,

Fig. 2a einen vergrößerten Längsschnitt durch den Wärmeaustauscher,

Fig. 2b u. 2c verschiedene Ausführungen des Wärmeaustauschers im Querschnitt.

In der folgenden Beschreibung wird die Wärmeaustauschvorrichtung auch als Stufe I der Desodorieranlage bezeichnet.

Das raffinierte Produkt mit Raumtemperatur oder etwas darüber wird in der Leitung 1 über eine Pumpe einem Behälter 2 zugeleitet. Von dort läuft die gewogene Charge über ein Ventil 3 durch die Leitung 3a der Wärmeaustausch-Stufe I der Desodorierapparatur solange zu, bis die geschlossene Einlaßkammer Ia der Stufe I gefüllt ist. Der Zulauf kann aber auch direkt erfolgen und durch einen Niveaukontakt oder ähnliches in der Stufe I gesteuert werden. Nach dem nachfolgend beschriebenen Wärmeaustausch mit einer heißen Charge aus beispielsweise Stufe IV des Apparates gelangt das erhitzte Produkt über das Ventil 4 in die nächste Stufe II und nach Behandlung in der Stufe II über das Ventil 5 in die darunter sich anschließende nächste Stufe usw.

Bevor das Produkt in die unterste Stufe V gelangt, wird es mit einer stopfbuchslosen Pumpe 8 wieder in die Stufe I, und zwar in deren separate Kühlkammer Ib, über die Leitung 9 zurückgepumpt. Hier gelangt das nun heiße vorbehandelte Produkt aus der Stufe IV mit neu zugelaufenem Produkt der Kammer Ia in einer vorbestimmten Verweilzeit zum Wärmeaustausch.

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Der Wärmeaustausch wird dadurch intensiviert, daß Treibdampf von 0,5 atü aus den Leitungen 10a über Düsenrohre 10 ausströmt. Der Dampf strömt aufwärts längs der Trennwand oder Trennwände 11 mit den Drall- und Umlenkblechen 12 im Innern eines Spaltes 11a zwischen Trennwand und Leitblechen 13 und wälzt das Öl um. Diese Umwälzung erfolgt in beiden Kammern Ia und Ib. Nach einer vorbestimmten Verweilzeit und nachdem das zugelaufene Öl oder Fett aufgeheizt ist, läuft das abgekühlte Produkt der Kammer Ib über das Ventil 7a und die Leitung 14 direkt in die letzte Stufe. Die letzte Stufe, Stufe V, ist eine Kühlstufe, in der das Öl durch Kühlwasserumlauf im indirekten Wärmeaustausch auf ca. 100⁰C abgekühlt wird.

In den einzelnen Stufen II bis V wird das Öl durch Zugabe von Direktdampf aus der Leitung 15 desodoriert. Gleich-.zeitig wird zur Erwärmung des Öles auf die Enttemperatur von 200 bis 270⁰C, je nach Öl- oder Fettsorte, Heißdampf über Leitung 16 in die Stufen II bis IV zugegeben.

In den Stufen II bis V wird das öl mit Dampfbrausen und Ölumwälzer, die nach dem Prinzip der Mammut-Pumpe arbeiten, behandelt. Die Heiz- und Kühlsysteme sind in die Umwälzer eingebaut. Im Oberteil jeder Stufe sind Auffänger für die Abscheidung des Spritzöles aus dem Brüdendampf vorgesehen; diese verhindern, daß Kondensationsprodukte aus dem Oberteil der einzelnen Stufen in das desodorierte Öl oder Fett zurückfließen können. Das Spritzöl wird über die Leitung 17 abgeführt.

Die Kammer Ia ist/ im Gegensatz zu Kammer Ib und den übrigen Stufen, nicht an das Hochvakuum angeschlossen, sondern an ein etwas niedrigeres Vakuum. Dies hat den

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Vorteil, daß die hier eventuell auftretenden Vakuumschwankungen, z.B. bei Eintritt von feuchtem Produkt, nicht auf die übrigen Stufen übertragen werden und somit das Vakuum in den übrigen Stufen nicht gestört wird.

Für die Vorkühlung des Öles oder Fettes in der letzten Stufe V ist ein geschlossener Kühlkreislauf 18 vorgesehen. Hierbei wird z.B. Kondensat im Kreislauf durch das Kühlsystem der letzten Stufe geführt und in einem außenliegenden Plattenkühler 18a mittels Kühlwasser zurückgekühlt. Hierdurch werden Ablagerungen durch Ausfall von Härtebildnern in dem Kühlkreislauf der letzten Stufe vermieden.

Um den Wärmeaustausch noch zu verbessern, unterteilt man zweckmäßigerweise die Stufe I in mehrere Sektoren, die als Kreissektoren oder ringförmig ausgebildet sein können, wie es die Fig. 2b und 2c zeigen. Die Eintrittskammern Ia, die in beiden Figuren schraffiert sind, können gemeinsam gefüllt und entleert werden, was auch für die Kühlkammern Ib gilt. Die Trennwände 11 der einzelnen Sektoren können dabei gerade Bleche oder, zur Verbesserung des Wärmeüberganges, Wellbleche sein. Die parallel dazu angebrachten Leitbleche 13 haben einen solchen Abstand, daß in Verbindung mit dem Treibdainpf eine optimale Umwälzung in dem gesamten Sektor stattfindet. Als DUsenrohre 10 (in Fig. 2a und 2b nicht dargestellt) werden Rohre mit Löchern auf der Oberseite verwendet. Es sind aber auch andere Düsenkonstruktionen denkbar, um den umwälzenden Treibdampf in die Spalte 11a zu drücken.

Die Stufe I kann auch abweichend von der Darstellung der Fig. 1 mehr oder weniger getrennt von der übrigen Apparatur angeordnet sein.

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Durch die erfindungsgemäße Verfahrenswelse wird in einfacher und wirtschaftlicher Weise ein Wärmeaustausch bei definierter Verweilzeit in der ersten Stufe durchgeführt, wobei durch die Umwälzung des Öles für das zugelaufene Öl eine Trocknung, Aufheizung und Vordesodorierung stattfindet, während in der ersteh Stufe für das zugepumpte Produkt aus der fünften Stufe eine zusätzliche Desodorierung erfolgt. Der Wärmeaustausch in den Stufen ist sehr intensiv und es werden k-Zahlen bis 1000 kcal/m²·h·Grad erreicht.

Beispiel 1

Aus dem Meßbehälter 2 wird eine Charge vorbehandeltes Erdnußöl mit einer Temperatur von 50⁰C in die linke Kammer der Stufe I eingesaugt. Diese Kammer steht unter einem Restdruck von ca. 30 Torr. Zur gleichen Zeit wird aus der Stufe IV des Desodorierapparates eine bereits in Stufe II, III und IV desodorierte Sojaölcharge in die rechte Kammer der Stufe I mit einer Temperatur von 240⁰C gepumpt. Die rechte Kammer der Stufe I steht wie die übrigen Stufen des Desodorierapparates unter einem Restdruck von ca. 4 Torr. Innerhalb der Stufe I werden die zwei verschiedenen Ölchargen entlang den Trennwänden durch Einblasen von Direktdampf mit einem Druck von 3 atü mit großer Geschwindigkeit umgewälzt, wobei das Erdnußöl in der linken Kammer auf 14O°C aufgewärmt und das Sojaöl in der rechten Kammer von 240⁰C auf 150°C abgekühlt werden.

Die Verweilzeit in den beiden Kammern der Stufe I entspricht der für alle Stufen des Desodorierapparates vorgegebenen Intervallzeit von zum Beispiel 0,6 bis 0,8 Stunden. Nach Ablauf dieser Intervallzeit öffnen die beiden Ventile an den beiden Kammern der Stufe I

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(was durch automatische Einstellung oder aber von Hand geschehen kann) und das Erdnußöl fließt mit einer Temperatur von 140°C aus der linken Kammer in die Stufe II, in der es dann mit Dampf indirekt von 140⁰C auf die gewünschte Desodoriertemperatur von zum Beispiel 240⁰C aufgeheizt wird. Aus der rechten Kammer der Stufe I fließt das Sojaöl mit einer Temperatur von 150⁰C in die Stufe V, in der es mittels Kühlwasser von 150°C auf ca. 100°C weitergekühlt wird.

Beispiel 2

In einer Desodorieranlage nach Fig. 1 mit einer Kapazität von 200 t öl pro Tag wurde die Wärmeaustausch-Stufe I weggelassen und durch eine normale Desodorierstufe wie II bis IV ersetzt. In diese: Anlage wurden 30 Chargen von je 7 Tonnen öl von einer Temperatur von 50°C in einer Taktzeit von 0,8 Stunden gegeben. Das öl wurde mittels Dampf von 40 atü in den Stufen I bis IV von 50°C auf 240⁰C erhitzt und bei dieser Temperatur desodoriert. Nach der Desodorierung wurde das Öl in der Stufe V mit Kühlwasser auf etwa 100⁰C abgekühlt. Der Dampf verbrauch für das Aufheizen und die Desodorierung betrug 280 kg pro Tonne öl.

Beispiel

Zum Vergleich mit Beispiel 2 wurde die gleiche Desodorieranlage wie in Beispiel 2 verwendet, jedoch bestand die erste Stufe aus dem Wärmeaustauscher, wie er als Stufe I in Fig. 1 und 2a gezeigt ist.

Das zu desodorierende öl von 50⁰C wurde in Stufe I durch Wärmeaustausch mit dem heißen, bereits desodorierten öl aus Stufe IV auf etwa 14O°C erwärmt, wobei sich

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letzteres auf etwa 150⁰C abkühlte. Die Umwälzung in der Wärmeaustauschstufe I erfolgte mit Treibdampf von
3 atü Druck. Das in Stufe I auf 14O°C erwärmte Öl
wurde dann in den Stufen II bis IV mit Dampf von 40 atü auf 240⁰C erhitzt und bei dieser Temperatur desodoriert. Das in der Wärmeaustauscher-Stufe I von 240°C auf etwa 150°C abgekühlte, desodorierte Öl wurde der Kühlstufe
V zugeführt und dort mit Kühlwasser auf etwa 100⁰C.
gekühlt.

Gegenüber dem Beispiel 2 ergab sich eine Dampfersparnis von 115 kg pro Tonne Öl, was die Wirksamkeit der neuen Verfahrensweise eindrucksvoll belegt.

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Patentansprüche

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

0\) j Wärmeaustauschvorrichtung mit aneinander angrenzenden, ^^ mindestens eine gemeinsame Trennwand aufweisenden Kammern für Flüssigkeiten verschiedener Temperatur, vorzugsweise für Desodorierapparaturen und dgl., dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern mit einer entlang der Trennwand wirkenden Umwälzeinrichtung für die heiße bzw. kältere Flüssigkeit ausgestattet sind.
2) Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand von der Trennwand mindestens eine Leitvorrichtung für die umgewälzte Flüssigkeit angeordnet ist.
3) Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung aus mindestens einem Leitblech besteht, das im Abstand von der Trennwand und etwa parallel zu dieser angeordnet ist.
4) Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung der umgewälzten Flüssigkeiten zusätzlich Umlenkoder Prallbleche in den Kammern angeordnet sind.
5) Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abstand zwischen Trennwand und Leitblech einstellbar ist.
6) Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand oder Leitbleche ein wellenförmiges Profil haben.

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7) Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzeinrichtung Dampf oder Gas in die Spalte zwischen der Trennwand und den Leitblechen einbläst.
8) Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern Sektoren-, ring- oder schachbrettmusterförmig aufeinanderfolgend angeordiB t sind.
9) Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie als separater oder integrierter Anlagenteil zu einer Desodorierapparatur gehört.
10) Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern für heiße und/oder kältere Flüssigkeit mit einem Vakuumabzug verbunden sind.

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